YASKAWA JANCD-GSC02

YASKAWA JANCD-GSC02  在LEON软核系统上移植成功Linux后，通过特定测试程序验证LEON在数学运算上的性能，以确定是否满足项目开发的需求。测试中对比ARM9 SC32410，分析LEON以及其集成FPU配置的性能，并根据测试结果对软硬件配置进一步优化。由于LEON硬件配置十分灵活，因此在测试中采用了多种平台，编译程序的选项也有对应的设置。中断响应、功耗等虽然也是处理器性能的重要方面，但本文尚未涉及。

2．1 测试平台

（1）硬件测试平台

硬件测试平台如表1所列。

TSIM仿真器通过主机的浮点机制来进行浮点运算仿真，因此仿真器的浮点精度与主机平台相关。仿真器的时间精度与MeikoFPU相同，集成FPU的LEON3相当于集成MeikoFPU的LEON3。

（2）软件测试平台

①LEON2和LEON3在Linux 2．6．11下运行。

②直接使用gcc编译生成程序加载到LEON上并运行，无操作系统。

③SamsungS3C2410在Linux 2．4．18下运行。

（3）不同硬件测试平台上测试程序说明

不同的硬件平台和软件平台的搭配需在编译程序过程中特定选项（通过Makefile管理）：

①一msoft-float选项。LEON平台上若未集成FPU，则进行浮点运算必须该选项，此时所有浮点运算转化为软件模拟实现，代价是运行时间大大增加，优势是能够节省硬件资源（加入FPU后LEON的LE的使用率是无FPU情况下的近2倍）。

②-mv8选项。LEON平台上配置硬件整数乘除法构件时需要该选项。

③sparc-linux-gcc和sparc-elf-gcc编译器。对于LEON平台，若在Linux系统上运行测试程序，则需用sparc-linux-gcc进行编译，程序使用动态链接库完成链接；若直接在LEON硬件上加载运行，则需用sparc-elf-gcc：进行编译，程序使用静态链接库完成链接。

④arm-linux-gcc：编译器。ARM9的S3C2410编译器为arm-linux-gcc。

⑤-O3优化选项。LEON和ARM的微处理器通过该选项进行程序算法优化。

2．2测试项目及说明

测试项目1：整型数组与浮点数组的加法、乘法及乘加运算。每种类型的运算都循环50 000次，以验证LEON各种平台和ARM9的MCU在数学运算上的性能，并分析加入Linux系统后程序运行性能的变化。

测试项目2：单次滤波算法，程序每一次运行包含12 791次浮点乘法和13 595次浮点加法，以验证在导航系统的滤波算法中LEON在多种配置下的性能。

测试程序采用clock（）系统调用获取算法开始运行和结束运行的时间，并以算法的运行时间作为衡量系统效能的唯一标准。

2．3测试总结

LEON平台灵活的软硬件配置在多项测试中表现优异，总结如下：

①与主流ARM9微处理器在数学运算上性能相当。

②嵌入式Linux操作系统平台相对于无系统平台有一定资源开销，根据具体应用合理选择软件平台是否需要嵌入式Linux系统。

③-mv8和-03选项后程序性能提升显著，根据具体应用合理选择是否配置整数硬件乘除法器。

④LEON硬件配置FPU后浮点运算性能提高一个数量级，代价是综合需要的逻辑资源增长一倍，在权衡性能和可编程器件资源后合理选择配置方案。

结合导航系统SoC芯片高速数据处理的需求，设计方案定型为LEON+FPU，在测试中能够满足系统的运算吞吐量指标要求。

可配置FPU对LEON数学运算性能的提升极为有效，特别是在运算密集型的SoC设计中。LEON3的GRFPU相对于其他常见微处理器的FPU有较大优势。表2为若干处理器核FPU单元完成浮点运算指令需要的处理（延迟）时钟周期数对比情况口。

时钟周期数说明：括号外数字是指令处理周期数，即硬件流水线中完成该指令的周期；括号内数字是指令延迟周期数，即该指令进入流水线至从流水线中输出结果所需要的时钟周期数。

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